《深入理解Nginx》读书笔记（六）事件模块——epoll事件驱动模块

内容导读

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内容图文

当某一个进程调用epoll_create方法时，Linux内核会创建一个eventpoll结构体： 

struct eventpoll { 
… 
/*红黑树的根节点，这棵树中存储着所有添加到epoll中的事件，也就是这个epoll监控的事件*/ 
struct rb_root rbr; 
// 双向链表rdllist保存着将要通过epoll_wait返回给用户的、满足条件的事件 
struct list_head rdllist; 
… 
}; 

       每一个epoll对象都有一个独立的eventpoll结构体，用于存储使用epoll_ctl方法向epoll对象中添加进来的事件。这些事件都会挂到rbr红黑树中，这样，重复添加的事件就可以通过红黑树而高效地识别出来。

       所有添加到epoll中的事件都会与设备（如网卡）驱动程序建立回调关系，也就是说，相应的事件发生时会调用这里的回调方法。这个回调方法在内核中叫做ep_poll_callback，它会把这样的事件放到上面的rdllist双向链表中。当调用epoll_wait检查是否有发生事件的连接时，只是检查eventpoll对象中的rdllist双向链表是否有epitem元素而已，如果rdllist链表不为空，则把这里的事件复制到用户态内存中，同时将事件数量返回给用户。

       epoll有两种工作模式：LT（水平触发）模式和ET（边缘触发）模式。ET模式与LT模式的区别在于，当一个新的事件到来时，ET模式下当然可以从epoll_wait调用中获取到这个事件，可是如果这次没有把这个事件对应的套接字缓冲区处理完，在这个套接字没有新的事件再次到来时，在ET模式下是无法再次从epoll_wait调用中获取这个事件的；而LT模式则相反，只要一个事件对应的套接字缓冲区还有数据，就总能从epoll_wait中获取这个事件。默认情况下，Nginx是通过ET模式使用epoll的。

       在ngx_epoll_module模块中定义了如下上下文结构体：

ngx_event_module_t ngx_epoll_module_ctx = { 
&epoll_name, 
ngx_epoll_create_conf, 
ngx_epoll_init_conf, 
{ 
// 对应于add方法 
ngx_epoll_add_event, 
// 对应于del方法 
ngx_epoll_del_event, 
// 对应于enable方法，与 add方法一致 
ngx_epoll_add_event, 
// 对应于disable方法，与del方法一致 
ngx_epoll_del_event, 
// 对应于add_conn方法 
ngx_epoll_add_connection, 
// 对应于del_conn方法 
ngx_epoll_del_connection, 
// 未实现process_changes方法 
NULL, 
// 对应于process_events方法 
ngx_epoll_process_events, 
// 对应于init方法 
ngx_epoll_init, 
// 对应于done方法 
ngx_epoll_done, 
} 
}; 

       其中，ngx_epoll_init方法主要调用epoll_create方法和创建event_list数组（用于获取事件）。ngx_epoll_add_event和ngx_epoll_del_event方法主要通过调用epoll_ctl向epoll中添加事件或从epoll中删除事件。

       ngx_epoll_process_events是实现收集、分发事件的process_events接口。ngx_epoll_process_events方法会收集当前触发的所有事件，对于不需要加入到post队列延后处理的事件，该方法会立刻执行它们的回调方法，这其实是在做分发事件的工作，只是它会在自己的进程中调用这些回调方法而已，因此，每一个回调方法都不能导致进程休眠或者消耗太多的时间，以免epoll不能即时地处理其他事件。  

       过期事件是怎么回事呢？举个例子，假设epoll_wait一次返回3个事件，在第1个事件的处理过程中，由于业务的需要，所以关闭了一个连接，而这个连接恰好对应第3个事件。这样的话，在处理到第3个事件时，这个事件就已经是过期事件了，一旦处理必然出错。既然如此，把关闭的这个连接的fd套接字置为–1能解决问题吗？答案是不能处理所有情况。

       下面先来看看这种貌似不可能发生的场景到底是怎么发生的：假设第3个事件对应的ngx_connection_t连接中的fd套接字原先是50，处理第1个事件时把这个连接的套接字关闭了，同时置为–1，并且调用ngx_free_connection将该连接归还给连接池。在ngx_epoll_process_events方法的循环中开始处理第2个事件，恰好第2个事件是建立新连接事件，调用ngx_get_connection从连接池中取出的连接非常可能就是刚刚释放的第3个事件对应的连接。由于套接字50刚刚被释放，Linux内核非常有可能把刚刚释放的套接字50又分配给新建立的连接。因此，在循环中处理第3个事件时，这个事件就是过期的了！它对应的事件是关闭的连接，而不是新建立的连接。如何解决这个问题？依靠instance标志位。当调用ngx_get_connection从连接池中获取一个新连接时，instance标志位就会置反，这样，当这个ngx_connection_t连接重复使用时，它的instance标志位一定是不同的。因此，在ngx_epoll_process_events方法中一旦判断instance发生了变化，就认为这是过期事件而不予处理。

       instance标志位为什么可以判断事件是否过期？它利用了指针的最后一位一定是0这一特性（malloc出来的指针会内存对齐，总是一个偶数的倍数）。既然最后一位始终都是0，那么不如用来表示instance。这样，在使用ngx_epoll_add_event方法向epoll中添加事件时，就把epoll_event中联合成员data的ptr成员指向ngx_connection_t连接的地址，同时把最后一位置为这个事件的instance标志。而在ngx_epoll_process_events方法中取出指向连接的ptr地址时，先把最后一位instance取出来，再把ptr还原成正常的地址赋给ngx_connection_t连接。这样，instance究竟放在何处的问题也就解决了。

参考文章：《深入理解Nginx-模块开发与架构解析》

内容总结

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